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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einer linearen Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft insbesondere eine lineare LED-Lampe oder eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer linearen LED-Struktur, beispielsweise eine lineare LED-Leuchte.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2007/054889 ist eine linearen LED-Lampe vorbekannt, bei der zeilenartig im Austrittsfenster angeordnete LEDs mit einem Parabol-Reflektor, der als Rinnenreflektor aufgebaut ist, zusammenwirken.
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Darstellung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lineare Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs bereitzustellen, die das Licht der LEDs in einem möglichst kleinen Winkelbereich kollimiert. Eine weitere Aufgabe ist es, eine lineare Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs mit möglichst enger Ausstrahlungscharakteristik bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine derartige lineare Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs mit möglichst geringer Bauhöhe zu schaffen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine lineare Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs bereitgestellt, die eine enge Lichtstärkeverteilung aufweist. Es kann dabei eine sehr hohe Achslichtstärke von 2000 bis 3000 cd erreicht werden.
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Im folgenden wird der Einfachheit halber, ohne einschränkend gemeint zu sein, meist von einer linearen LED-Lampe gesprochen.
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Im Einzelnen soll eine lineare LED-Lampe mit definierter Ausstrahlungscharakteristik bereitgestellt werden, die eine hohe Achslichtstärke von mindestens 2000 cd aufweist. Gleichzeitig soll sie eine definierte Lichtstärkeverteilung, beispielsweise eine FWHM von höchstens 24°, aufweisen. Grundsätzlich sind auch andere Lichtverteilungskurven (LVK) mit mindestens 10° FWHM möglich, in Abhängigkeit von der Oberflächenstruktur des Austrittsfensters.
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Die lineare LED-Lampe zeigt außerdem eine gute Farbwiedergabe und Farbmischung, sowie einen hohen Lichtstrom von mindestens 1000 lm. Gleichzeitig ist mit der Erfindung eine niedrige Bauhöhe erzielbar.
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Das hautsächliche Problem bei derartigen Beleuchtungsvorrichtungen ist es, eine gute Farbwiedergabe nur durch Farbmischung mehrerer LEDs zu ermöglichen. Die Schwierigkeit liegt darin, eine gute Farbmischung bei enger Abstrahlcharakteristik und hoher optischer Effizienz zu erreichen ohne dabei die Ausmaße der Lampe unverhältnismäßig zu vergrößern.
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Beim Stand der Technik sind entweder weiße oder verschiedenfarbige LEDs linear angeordnet (LED-Array). Die weißen LEDs bestehen aus mittels Leuchtstoff teilkonvertierten blauen LEDs mit dadurch bedingter Schwäche im roten Spektralbereich und begrenzter Farbwiedergabe. Bei Verwendung verschiedenfarbiger LEDs ist zwar eine bessere Farbwiedergabe möglich, jedoch auf Kosten von unerwünschten Farbschatten im Nahfeld und wenn Objekte (z. B. Personen) in den Sichtstrahl gelangen. Dieser Effekt ist umso stärke je größer der Minimalabstand zwischen den LEDs ist, der wiederum durch die Größe der Einzeloptiken gegeben ist. Weiterhin strahlen die LEDs direkt ab, so dass eine hohe Blendwirkung auftritt.
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Erfindungsgemäß wird das Problem gelöst, indem in einem quaderförmigen Gehäuse, typisch ein Aluminium-U-Profil von typisch 300 mm Länge, seitlich eine Leiste mit LEDs und ein Reflektor, der im Querschnitt einen Parabelast bildet, angeordnet ist. Bevorzugt werden zwei Leisten mit zwei linearen parabolischen Reflektorhälften im Sinne von Abschnitten einer Parabel oder Evolvente verwendet.
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Diese werden typisch aus Plastik im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt und insbesondere mit spekular hoch reflektierender Folie, beispielsweise 3M Vikuiti ESR, beklebt. Es ist auch möglich, den Reflektor aus poliertem Aluminium oder anderen hoch reflektierenden Materialien herzustellen. Durch die beschriebene Anordnung befinden sich die Brennpunkte am Rand und nicht in der Mitte.
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Dieser Aufbau macht die ganze Beleuchtungsvorrichtung bezüglich Halterung und Entwärmung sehr einfach, da die LEDs direkt das massive Gehäuse als Kühlmittel verwenden können. An den Innenseiten des U-Profils ist insbesondere je eine Metallkernplatine geschraubt, auf der beispielsweise oben drei und unten vier Gruppen von je 3 LEDs aufgelötet sind. Im allgemeinen sind zwei bis fünf Gruppen häufig verwendet.
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Dabei sind beispielsweise je zwei kaltweiße LEDs und eine rote LED zu einer Gruppe zusammengefasst. Vorteilhaft werden LEDs mit Abstrahlwinkel von typisch 60° bis 100° verwendet, da dann die Reflektorhälfte bei seitlicher Bestrahlung optimal ausgeleuchtet wird.
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Die somit insgesamt mehr als 20 verbauten LEDs werden mit einem elektronischen Treiber wie an sich bekannt angesteuert.
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Mit Hilfe eines NTC in der Nähe einer LED-Gruppe wird die Temperatur der LEDs gemessen, um die Bestromung der roten LED entsprechend anzupassen. Es sind auch andere Farbkombinationen als das hier verwendete Beispiel möglich. Prinzipiell ist eine Anordnung bis hin zu einer ununterbrochenen Aneinanderreihung von LEDs möglich, bevorzugt sind dabei zwei Gruppen.
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Eine weitere Ausführungsform ist es, dass auch grüne LEDs, die die Lücke zwischen blau und gelb im Spektrum auffüllen, eingebaut werden, um die Farbwiedergabe zu erhöhen.
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Ein besonders herausragendes Merkmal der Erfindung ist, dass durch die in der gewählten Konfiguration mögliche äußere Positionierung der LEDs an den Seitenwänden eine sehr gute Wärmableitung über das Aluminiumgehäuse gewährleistet ist.
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Eine gute Farbmischung der verschiedenfarbigen LEDs wird bereits durch die lineare Struktur der Reflektoren erreicht. Um die gewünschte Abstrahlungscharakteristik gezielt einzustellen, sind auf der Innenseite einer im Austrittsfenster angebrachten Deckscheibe Aufweitungsstruktur, meist in Gestalt von zylindrischen Linsenstrukturen, aufgebracht. Insbesondere sind zylindrische Linsen aufgebracht, die das durch den Reflektor auf typisch sechs bis acht Grad (FWHM) kollimierte Licht auf die gewünschte Breite aufweiten. Hier sind verschiedene Strukturen möglich, um auch andere Lichtverteilungskurven zu erhalten.
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Die genannte Kollimierung erhält man ohne Aufweitungsstruktur im Austrittsfenster bzw. bei Verwendung einer planaren Deckscheibe, sie stellt die untere Grenze dar. Größere Breiten verringern zwangsläufig die Achslichtstärke.
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Die schon gute Farbmischung kann noch dadurch verbessert werden, dass auch auf die Außenseite des Austrittsfensters zylindrische Linsen aufgebracht werden, die jedoch senkrecht zu denen auf der Innenseite des Austrittsfensters orientiert sind.
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Außerdem ist es möglich, dem transparenten Material des Austrittsfensters, bevorzugt ist dies ein Kunststoff wie PMMA, eine geringe Menge an Diffusormaterial wie beispielsweise TiO2 als Streumedium für kleine Winkel beizumischen. Ein konkret gut geeignetes Material ist beispielsweise Evonik DF23.
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Ein besonderer Vorteil im Vergleich zu einem ungeteilten Parabelreflektor ist, dass bei Verwendung zweier Parabel-Hälften ein V-förmiger Hohlraum hinter dem Reflektor entsteht, so dass wegen der Zweiteilung der Reflektorkontur sich sehr viel Platz bietet, um die Elektronik unterzubringen.
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Die minimalen Außenmaße der Lampe bzw. Beleuchtungsvorrichtung sind ausschließlich durch die Größe der Optik, nicht der Elektronik, gegeben. Daher kann die Lampe bzw. Beleuchtungsvorrichtung vergleichsweise klein gebaut werden bzw. niedrige Bauhöhe aufweisen.
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Es ist auch eine Ausführung mit nur einer Halbparabel möglich. Die LVK ist dann asymmetrisch und gut für indirekte Deckenbeleuchtung geeignet.
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Die großen Vorteile der neuartigen Beleuchtungsvorrichtung sind.
- – geringe Lichtverluste durch wenige optische Elemente;
- – geringe Blendung durch indirekte Beleuchtung;
- – einfache Halterung der LEDs im optischen System;
- – sehr gute Ankopplung der LEDs an das Gehäuse, das als Kühlkörper dient;
- – gute Wärmeabfuhr durch durchgehenden massiven äußeren Kühlkörper;
- – sehr gute Farbwiedergabe mit typisch Ra > 85 und sehr gute Farbmischung durch Verwendung verschiedenfarbiger LEDs, insbesondere mindestens zwei bis drei Gruppen verschiedenartiger LEDs;
- – enge, definierte Abstrahlcharakteristik mit einer typischen FWHM von 24° durch Einsatz von Zylinderlinsen im Bereich des Austrittsfenster;
- – sehr hohe optische Effizienz von typisch mindestens 80%, konkret beispielsweise 83%;
- – kompakte Bauweise und ansprechendes Design.
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Die lineare LED-Lampe weist eine gute Farbwiedergabe von mindestens Ra = 80, typisch Ra = 85 bis 93, auf und zeichnet sich durch besonders homogene Farbmischung aus. Überdies zeigt sie einen hohen Lichtstrom von 1000 bis 1300 lm, je nach Bestromung der LEDs.
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Bevorzugt ist die Verwendung von LED-Arrays in zwei Zeilen, denen ein lineares Reflektorsystem mit zwei Hälften zugeordnet ist.
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Eine gute Farbwiedergabe ist nur durch Farbmischung mit mehreren LEDs unterschiedlicher Farbe möglich. Die Schwierigkeit liegt darin, eine gute Farbmischung zusammen mit enger Abstrahlcharakteristik bei gleichzeitig möglichst hoher optischer Effizienz zu erreichen, ohne dass dafür die Abmessungen der linearen LED-Lampe unverhältnismäßig groß werden.
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Aus diesem Grund ist bevorzugt die Anzahl der LEDs pro LED-Array auf eins bis fünf, insbesondere zwei oder drei, beschränkt, wobei vorzugsweise zwei bis drei Gruppen von LED-Arrays pro Zeile vorhanden sind.
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Beim Stand der Technik werden entweder weiße oder verschiedenfarbige LEDs linear angeordnet und schaffen so ein lineares LED-Array. Üblicherweise werden für weiße LEDs Leuchtstoff-konvertierende blaue LEDs, sog. LUKO-LEDs, verwendet. Diese haben eine schwache Emission im roten Spektralbereich und daher eine schlechte Farbwiedergabe. Verwendet man verschiedenfarbige LEDs, so ist zwar eine bessere Farbwiedergabe möglich, aber dies bringt den Nachteil mit sich, dass unerwünschte Farbschatten im Nahfeld auftauchen. Ähnliches passiert, wenn Objekte in den Sichtstrahl gelangen.
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Oft strahlen die LEDs noch dazu direkt ab, so dass eine hohe Blendwirkung auftritt. Diese wird jetzt durch indirekte Beleuchtung vermieden.
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Erfindungsgemäß weist die lineare LED-Lampe ein linear aufgereihtes Array von mehreren Halbleiterbauelementen, i.allg. handelt es sich dabei um Chips, LEDs oder Laserdioden, auf, die einen gewissen Abstand voneinander haben. Der Einfachheit halber wird im folgenden immer von LEDs gesprochen.
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Der beiden Zeilen von LED-Arrays ist dabei ein dem Grunde nach parabolisches Reflektorsystem aus zwei Teilen oder ein Evolventenreflektor zugeordnet. Eine typische Anzahl ist 2 bis 5 LEDs in einem Array. Das LED-Array mit den Reflektoren ist in einem rinnenartigen Gehäuse mit kurzer Querabmessung untergebracht.
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Bevorzugt werden für die LED-Arrays Gruppen von mindestens zwei verschiedenartigen LEDs verwendet, beispielsweise drei LEDs, die rot, grün und blau emittieren, oder zwei LEDs als Kombination weißer LEDs bestimmter Farbtemperatur zusammen mit weiteren farbigen LEDs.
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Ein bevorzugter Ansatz ist eine Gruppe weißer LEDs mit relativ schlechter Farbwiedergabe zusammen mit einer Gruppe roter LEDs, um die Rotschwäche der weißen LEDs zu verbessern, siehe beispielsweise
US 6 234 648 ,
US 7 736 017 oder auch
US 6 577 073 oder
US 7 213 940 . Ein konkretes Beispiel sind Gruppen von blau- und grünemittierenden LEDs, speziell Gruppen von grünweiß emittierenden, mintfarbenen LEDs, zusammen mit Gruppen von rot emittierenden LEDs.
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Ein bevorzugtes Konzept ist es, eine erste Gruppe von LEDs mit dominanter Wellenlänge L1 und eine zweite Gruppe von LEDs mit einer dominanten Wellenlänge L2 zu verwenden, wobei L2 > L1.
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Eine besonders enge Abstrahlcharakteristik bei geringer Bauhöhe wird erzielt, wenn die LEDs möglichst dicht beieinander, und dabei möglichst nah am Brennpunkt des zugeordneten Reflektorteils angeordnet sind. Konkret kann die erste Gruppe aus zwei LEDs bestehen, zwischen denen eine LED der zweiten Gruppe eingereiht ist, wobei dieses Array so angeordnet ist, dass die LED aller Gruppen zumindest näherungsweise, bevorzugt direkt, im Brennpunkt bzw. der Brennlinie des zugeordneten Reflektorteils sitzt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Licht der LEDs die Lampe oder Leuchte mit gewünschter FWHM verlässt.
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Insbesondere kann zur Optimierung der Streuung der Reflektor auch wie Abschnitte einer Evolvente geformt sein, siehe das in
WO 2008/104498 beschriebene Prinzip.
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Das lineare LED-Array beleuchtet dabei den Reflektor indirekt, am besten, indem es im Fokus des Reflektors liegt und dabei von der Seite den Reflektor beleuchtet.
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Insbesondere kann die Deckscheibe mit einem transparenten oder transluzenten Streumittel versehen, um die Farbmischung der verschiedenen Gruppen von LEDs ohne Farbschatten weiter zu verbessern.
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Bevorzugt wird im Bereich der Deckscheibe ein Aufweitungsstruktur, vorzugsweise realisiert als strukturierte Oberfläche, verwendet, wobei ein Array von regelmäßig angeordneten Zylinderlinsen gute Ergebnisse liefert. Es ist aber auch möglich, sog. Mikrolinsen-Arrays, wie sie dem Grunde nach beispielsweise aus
WO 2009/065389 bekannt sind zu verwenden. Dabei wird ein Mikrolinsen-Array verwendet, das plattenartig aufgebaut ist, wobei eine Struktur, die als Mikrolinsen-Array wirkt, bevorzugt nur auf einer Oberfläche, nämlich der inneren, aufgebracht ist. Nur so ist eine besonders effektive Farbmischung erreichbar.
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Des weiteren ist es vorteilhaft, einen Kühlkörper an das LED-Array so anzuschließen, dass er keine nennenswerte zusätzlich Abschattung hervorruft, insbesondere direkt hinter dem LED-Array. Besonders bevorzugt ist der Kühlköper direkt und ausschließlich durch die Seitenwände, auf denen die Zeilen von LEDs sitzen, realisiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs, speziell eine lineare LED-Lampe, zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
- – Blendfreiheit durch indirekte Beleuchtung mit rückstrahlender Anordnung;
- – Gute Wärmeabfuhr durch einen außerordentlich massiven, nicht lichtabsorbierenden Kühlkörper in Form einer Seitenwand;
- – Sehr gute Farbwiedergabe von mindestens Ra = 80 durch Verwendung verschiedenfarbiger LEDs in mindestens zwei Gruppen in einem Array;
- – Verbesserte Farbmischung und Strahlformung durch ein Linsenarray;
- – definierte Abstrahlcharakteristik;
- – Sehr hohe Achslichtstärke zwischen 2000 und 3000 cd;
- – Sehr hohe optische Effizienz von typisch 75% bis 85%;
- – Trotzdem sehr kompakte Bauweise mit geringer Breite des Gehäuses und geringer Bauhöhe.
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Diese Anordnung ermöglicht es im Gegensatz zum Stand der Technik, das Licht der LEDs in einen sehr kleinen Winkelbereich zu kollimieren. Als Primäroptik dient dabei ein dem LED-Array zugeordneter Reflektor, der als Abschnitt eines Parabelastes im Querschnitt verstanden werden kann.
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Hinzu kommt eine ausgezeichnete Farbmischung, indem das austretende Licht ein Linsen-Array durchläuft. Damit wird eine Farbmischung sowohl im Nahfeld als auch Fernfeld erreicht.
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Bevorzugt werden LEDs mit großem Abstrahlwinkel von 60° bis 100° verwendet, typisch ist ein Wert von etwa 80°. Damit kann der Reflektor gut ausgeleuchtet werden, so dass eine bessere Performance erzielt wird.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:
- 1. Lineare Beleuchtungsvorrichtung mit LEDs als Primärlichtquelle, mit einem quaderförmigen Gehäuse, das eine Längsachse, ein Bodenteil, zwei kurze Seitenwände und zwei breite Seitenwände und eine dem Bodenteil gegenüberliegende Lichtaustrittsöffnung definiert, wobei eine Zeile von LEDs im Gehäuse von der Lichtaustrittsöffnung abgewandt angeordnet ist und die Zeile einen linear gestreckten Reflektor beleuchtet, wodurch eine indirekte Beleuchtung erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse mindestens eine Zeile von LEDs seitlich, insbesondere entlang einer breiten Seitenwand, aufgereiht ist, wobei der Zeile ein rinnenartiger Reflektor zugeordnet ist, der im Querschnitt ein Abschnitt aus einem Parabelast oder einer Evolvente ist, wobei die LEDs im Bereich einer Brennlinie des Reflektors angeordnet sind.
- 2. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Lichtquelle LED-Arrays aufweist mit mindestens zwei, insbesondere drei bis fünf, LEDs, die zumindest zwei Gruppen LEDs angehören, die unterschiedliche Emission zeigen.
- 3. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs einen Abstrahlwinkel von 60° bis 100° aufweisen.
- 4. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufweitungsstruktur im Bereich der Lichtaustrittsöffnung angeordnet ist, insbesondere ein Array von Linsen auf einer Deckscheibe.
- 5. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen zylindrische Linsen sind, wobei eine derartige Struktur an einer Seite, bevorzugt der Innenseite, der Deckscheibe ausgebildet ist, und wobei die Linsen insbesondere eine regelmäßige Struktur aufweisen.
- 6. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Lichtquelle auf einer Leiste, insbesondere direkt realisiert als Platine, angeordnet ist.
- 7. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Lichtquelle mit einem massiven Kühlkörper in thermischem Kontakt steht, wobei der Kühlkörper insbesondere direkt durch eine Seitenwand realisiert ist.
- 8. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Zeile von LEDs an den beiden breiten Seitenwänden angeordnet ist, wobei jeder Zeile ein eigenes Reflektorteil, insbesondere im Querschnitt ein Abschnitt eines Parabelastes, zugeordnet ist.
- 9. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Parabeläste in einem Schnittpunkt vereinen, wobei die dadurch gebildete Schnittlinie insbesondere im Gehäuse mittig zwischen den breiten Seitenwänden verläuft.
- 10. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckscheibe ein Streumittel eingebracht ist.
- 11. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Reflektors mit einer spekular hochreflektierenden Oberfläche versehen ist.
- 12. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich hinter dem Reflektor in Richtung Bodenteil ein Hohlraum erstreckt, der als Stauraum für die zugehörige Elektronik oder einen Teil davon dient.
- 13. Lineare Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der Seitenwände direkt als Kühlkörper für die LEDs genutzt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer linearen LED-Lampe;
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2 eine Detailansicht einer primären Lichtquelle der linearen LED-Lampe;
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3 einen Querschnitt durch ein Reflektorsystem für die Lineare LED-Lampe der 1;
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4 den grundsätzlichen Aufbau der Verschaltung für die Lineare LED-Lampe der 1;
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5 den Aufbau einer Deckscheibe mit Linsen;
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6 den Strahlengang mit Linsen;
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7 die Lichtverteilungskurve für eine linearen LED-Lampe mit Linsen-Array;
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8 die Lichtverteilungskurve für eine linearen LED-Lampe ohne Linsen-Array,
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9 einen Querschnitt durch eine Lineare LED-Lampe mit Vorschaltgerät;
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10 ein Ausführungsbeispiel einer Lineare LED-Lampe mit einseitigem Reflektor;
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11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linsen-Arrays.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel einer linearen LED-Lampe zeigt 1 und 2. Die lineare LED-Lampe 1 hat ein etwa quaderförmiges Gehäuse 2, mit zwei schmalen oder kurzen Seitenwänden 3, zwei breiten Seitenwänden 13 und einer Bodenplatte 4. Gegenüber der Bodenplatte 4 ist die Lichtaustrittsöffnung 5. Entlang der zwei breiten Seitenwände 13 erstreckt sich jeweils entlang einer Leiste 8 ein System von mehreren LED-Arrays 6, wobei sich die beiden Leisten im Prinzip einander gegenüberliegen. Jeder Leiste ist ein eigener Parabol-Reflektor 7 zugeordnet, beide zusammen bilden das Reflektorsystem. Dem Konzept der indirekten Beleuchtung folgend ist jedes LED-Array 6 zur gegenüberliegenden breiten Seitenwand 13 hin ausgerichtet, also von der Öffnung wegweisend. Das Licht wird dabei von den Parabolreflektoren umgelenkt in Richtung der Austrittsöffnung 5. Die beiden Parabolreflektoren sind axialsymmetrisch zueinander, sie treffen sich mittig in einem First 9. Beide zusammen bilden eine dachartige Konstruktion des Reflektorsystems, die aus zwei Hälften zusammengesetzt ist.
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Die LED-Arrays 6 bestehen gemäß 2 jeweils aus einer ersten Gruppe 10 von LEDs, die grünlich weiß, bevorzugt mintfarben, emittieren und einer zweiten Gruppe 11 von LEDs, die rot emittieren, bevorzugt amberfarben. Pro LED-Array 6 ist eine zentral angeordnete LED 11 der zweiten Gruppe von jeweils einer LED 10 der ersten Gruppe auf jeder Seite entlang der Leiste umgeben.
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Alle drei LEDs sind linear aufgereiht entlang der Leiste 8. Diese ist direkt durch die Metallkernplatinen realisiert, wobei die LEDs auf den Metallkernplatinen 13 verlötet sind auf einem daran entlang verlaufenden durchgängigen Aluminiumblock als Kühlkörper 12. bevorzugt ist die Seitenwand direkt der Kühlkörper. Auf der längslaufenden Leiste 8 sitzt mindestens ein LED-Array 6 mit drei LEDs. Die Leiste besteht aus der Metallkernplatine 13 und dem Kühlkörper 12. Das Licht der LEDs wird auf das Reflektorsystem 7 gelenkt und wird von dort in Richtung Austrittsöffnung reflektiert. Die Leiste kann körperlich nur aus den Platinen und dem Block bestehen.
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Insgesamt drei LED-Gruppen sind in der ersten, hier oberen, Zeile 15 der ersten Hälfte des dachartigen Reflektorsystems zugeordnet. Insgesamt vier gleichartige LED-Gruppen sind in der zweiten, hier unteren, Zeile 16 der zweiten Hälfte des dachartigen Reflektorsystems zugeordnet.
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Die Platinen 13 besitzen eine weiß eloxierte Oberfläche um Streustrahlung zu reflektieren.
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3 zeigt einen Querschnitt des Reflektorsystems im Detail. Der einzelne rinnenartige Parabol-Reflektor 7, also eine Hälfte, ist bevorzugt im Querschnitt ein Ausschnitt aus einem Parabelast, wobei die Parabel der Formel z = (1/2R)·(y – D/2)2 folgt. Entsprechend hat die zweite Hälfte bei gleichem Koordinatensystem die Formel z = (1/2R)·(y + D/2)2. Die LEDs sitzen in der Fokuslinie der beiden Hälften.
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In einer konkreten Ausführungsform ist D = 40.6 mm und R = 8 mm gewählt. Damit ergibt sich eine Höhe (Koordinate z) des Parabelastes bis zum First von etwa 26 mm. Die Breite des Gehäuses, entsprechend der Koordinate y, ist mindestens 42 mm, wobei ein Freiraum im Bereich der breiten Seitenwände von etwa 1 bis 3 mm vorteilhaft ist, um darin die Leiste 8 unterzubringen.
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4 zeigt die Platinen 13 für die beiden Zeilen 15, 16 von LED-Arrays und den prinzipiellen Verlauf der Leiterbahnen für den Anschluss der Treiber. Besonders zu beachten ist, dass ein NTC 17 bei einem LED-Array vorhanden sein sollte, um die Temperatur der LED messen zu können. Die Platine 13 hat jeweils Bohrungen zur Befestigung am Gehäuse, wobei letzteres bevorzugt aus Aluminium ist.
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5 zeigt im Detail das Austrittsfenster 5. 5a ist ein Querschnitt des Gehäuses mit Deckscheibe 25 im Austrittsfenster. 5b zeigt ein Detail des Austrittsfensters. Dabei ist die Deckscheibe 25 im Austrittsfenster aus PMMA, sie kann aber auch aus Polycarbonat, Glas oder einem ähnlich transparenten Material sein. Die Deckscheibe weist als Strahlaufweitungsmittel eine Struktur auf ihrer Innenseite auf. Hier befinden sich Zylinderlinsen 26 zur definierten Strahlaufweitung. Dagegen ist die Außenseite der Deckscheibe planar. 5c zeigt die Struktur der Zylinderlinsen im Detail. Im konkreten Fall ist der Krümmungsradius r der einzelnen Zylinderlinse r = 1 mm, wobei der lineare Abstand der Zylinderlinsen zueinander 0,9 mm beträgt.
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Damit lässt sich die gewünschte Aufweitung des Strahls erzielen.
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6 zeigt schematisch den Strahlengang, den die Aufweitungsstruktur, hier eine Linsenstruktur, bewirkt. Dabei sind drei verschiedene Bereiche des Arrays von Zylinderlinsen mit dem zugehörigen Strahlengang aus einer LED gezeigt. Die Zylinderlinsen bewirken eine Strahlaufweitung, indem sie die vom Reflektor eigentlich parallel emittierten Strahlen X teilweise nach oben oder unten ablenken.
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Bei einer konkreten linearen LED-Lampe lässt sich damit ein Lichtstrom (total) von 1210 lm erzielen mit einer optischen Effizienz von 83%. Die maximale axiale Lichtintensität liegt bei etwa 2000 cd. Die Farbtemperatur liegt bei etwa 3200 bis 4000 K. Für eine konkrete Farbtemperatur von 3500 K lässt sich damit ein CRI von 87 erreichen. Dabei wurden mintfarbene und amberfarbene LED-Gruppen wie oben beschrieben verwendet. Diese Gruppen liefern eine warmweiße Lichtfarbe mit Farbtemperatur um 3500 K.
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Die Strahlaufweitung W beträgt in der Querrichtung wie in 7a gezeigt etwa 24°, die Strahlaufweitung beträgt in Längsrichtung wie in 7b gezeigt etwa 65°. 7c zeigt eine Messung der Lichtstärke (in cd) in beide Richtungen mit der gesamten Lichtverteilungskurve.
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Im Vergleich dazu zeigt 8 eine Lichtverteilungskurve, wie sie ohne Aufweitungsstruktur bzw. Linsenstruktur im Bereich der Austrittsöffnung entstehen würde. In Querrichtung wäre sie sehr schmal, nämlich nur etwa 6 bis 8°, in Längsrichtung wäre sie sehr sprunghaft, bei im Mittel gleicher FWHM.
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9 zeigt, dass der Hohlraum 28 hinter den beiden Parabelästen 7 als Stauraum für elektronische Komponenten 29 genutzt werden kann. Meist wird ein LED-Treiber, der eine Vielzahl von LED steuern kann, verwendet. Die Zuleitung ist mit 30 bezeichnet. Das Aluminiumprofil des Gehäuses dient hier gleichzeitig als Kühlkörper, insbesondere haben die Seitenwände 13 eine Dicke von mehreren mm, typisch 2 bis 5 mm. Im Fenster 31 aus Plexiglas ist hier nur ein Streumittel 32, aber keine Aufweitungsstruktur, eingebettet.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leuchte 35, bei der nur ein Parabelast 7 und eine Zeile 36 von LEDs verwendet wird.
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11 zeigt eine besonders hochwertige Aufweitungsstruktur auf der Deckscheibe, bei der Zylinderlinsen vorne und hinten auf der Deckscheibe
38 verwendet werden. Dabei ist eine besonders gute Wirkung erzielbar, wenn die stabförmigen Linsen
39 auf der Vorderseite und die stabförmigen Linsen
40 auf der Rückseite der Deckscheibe
38 senkrecht zueinander angeordnet sind. Dies bewirkt zusätzlich zur Aufweitung der Strahlung in die eine Richtung (WO) noch eine Aufweitung in die andere Richtung (W1), siehe dazu auch
7a und
7b. Ein ähnliches Ergebnis erzielt man, wenn man statt beidseitig, senkrecht zueinander aufgebrachter Zylinderlinsen ein einseitiges Mikrolinsenarray auf der Deckscheibe, bevorzugt innen, verwendet. Geeignet sind insbesondere sog. Mikrolinsen-Arrays, wie sie dem Grunde nach beispielsweise aus
WO 2009/065389 bekannt sind. Dabei wird ein Mikrolinsen-Array verwendet, das plattenartig aufgebaut ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/054889 [0002]
- US 6234648 [0037]
- US 7736017 [0037]
- US 6577073 [0037]
- US 7213940 [0037]
- WO 2008/104498 [0040]
- WO 2009/065389 [0043, 0078]
